大掺量矿物掺合料高性能混凝土在京沪高铁四标段中的应用

以京沪高速铁路为工程背景,试验研究了矿物掺合料（粉煤灰、粉煤灰-矿粉）对混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响以及大掺量矿物掺合料高性能混凝土的配制技术。结合实际工程,介绍了大掺量矿物掺合料高性能混凝土原材料选择、配合比设计、施工工艺等方面的控制技术。     

氯盐、硫酸盐溶液长期腐蚀下混凝土组成的生态控制

为解决材料与腐蚀溶液的相适应性,用3.5%NaCl溶液、3.5%NaCl与5.0%Na2SO4两种不同的腐蚀溶液对掺有不同工业废渣的生态混凝土进行长期浸泡,测试矿物掺合料含量的变化对混凝土依时扩散系数的影响.以混凝土的服役寿命为目标,确定混凝土中矿物掺合料的最佳掺量.结果表明,材料的种类和掺量以及腐蚀溶液的变化对混凝土服役寿命具有非常显著的影响,矿物掺合料掺量可以用3次多项式进行材料参数的表征;在腐蚀溶液相同,且当掺量均为30%时,粉煤灰混凝土的抗氯离子能力好于矿粉混凝土的抗氯离子能力;在3.5%NaCl溶液中,选用30%粉煤灰混凝土抗氯离子侵蚀能力较好;在3.5%NaCl和5.0%Na2SO4复合溶液中,选用30%粉煤灰和20%矿粉复掺的混凝土更能使混凝土结构耐久.     

活性掺合料对再生混凝土与钢筋粘结性能的影响

通过单掺粉煤灰、单掺矿渣、复掺粉煤灰和矿渣三种不同改性方案,研究矿物掺合料对再生混凝土与钢筋粘结强度的影响,为再生混凝土合理使用矿物掺合料提供试验依据。     

矿物掺合料对3D打印水泥基材料力学各向异性的影响

为探究矿物掺合料在3D打印混凝土中的作用机理，研究粉煤灰(FA)、矿粉(S)、硅灰(SF)单掺和复掺对3D打印水泥基材料抗压强度、抗折强度的影响.结果表明：单掺时，打印组和模筑组力学性能的变化规律基本保持一致，粉煤灰和矿粉会降低混凝土的抗压强度和抗折强度，而硅灰则会提高混凝土的力学性能.复掺时，材料力学性能大小顺序为：S+SF>基准组>FA+SF>FA+S.此外，3D打印混凝土的抗压强度无明显各向异性，而抗折强度有明显的各向异性.打印组在x方向的抗折强度比y、z方向低25%～40%,在x、y、z方向的抗折强度比筑模组低10%～30%.     

粉煤灰和矿粉对再生混凝土徐变性能影响的研究

设计不同掺量的粉煤灰单掺和粉煤灰加矿粉复掺(比例按1∶1)两种系列共10组试件,研究其对再生混凝土徐变性能的影响.试验结果表明:适量的粉煤灰单掺能有效地抑制再生混凝土徐变的发展,当掺量分别为40%和30%时,对再生混凝土的总徐变和基本徐变抑制效果最优;粉煤灰加矿粉复掺与粉煤灰单掺相比具有相似的规律,且对再生混凝土徐变的抑制效果更佳.以ACI209R徐变预测模型为基础,考虑再生粗骨料、粉煤灰单掺和粉煤灰与矿粉复掺掺量的影响,提出再生混凝土的徐变预测修正模型.     

矿物掺合料对活性粉末混凝土力学性能的影响

为了研究不同矿物细掺合料对活性粉末混凝土力学性能的影响,用硅微粉、粉煤灰、石英粉、粉煤灰与石英粉双掺（双掺组）共4种矿物掺合料,分别取代不同比例的硅粉来制作活性粉末混凝土试块;同时,采用不同的养护温度和不同的养护龄期对混凝土试块进行养护;最后,测出4组混凝土试块的抗压和抗折强度以及棱柱体的抗压强度,分别绘出抗压和抗折性能曲线。研究结果表明：同一种矿物掺合料,养护温度越高,其抗压和抗折强度越高;在同一养护条件下,粉煤灰改善活性粉末混凝土的抗压和抗折性能效果最好,石英粉最差,硅微粉和双掺组介于两者之间。     

添加掺合料后再生混凝土的改性试验研究

针对再生混凝土与普通混凝土的性能差异,在再生混凝土中添加合适比率的粉煤灰、矿粉、硅粉掺合料,分别研究其工作性能和力学性能的改变状况。通过改变掺合料对水泥的取代率、水灰比两个参数,共设计21组试验方案,制作63块试块。通过对再生混凝土拌置过程的观测和试块标准养护28 d后的抗压试验得出以下结论:添加粉煤灰,可以明显提高新拌再生混凝土的流动性和保水性;添加矿粉可以提高再生混凝土的流动性,且流动性随着水灰比的增大而减小,相同水灰比下,矿粉取代率较高的再生混凝土的流动性较强,水灰比较大时,添加矿粉后再生混凝土的强度值明显升高,且替代量越多,强度增大越多;硅粉的添加可以提高再生混凝土的黏聚性和保水性,当水灰比较大时,添加硅粉后再生混凝土的强度值明显升高;无掺合料的再生混凝土试块和掺有3种掺合料的再生混凝土试块的抗压破坏形态与普通混凝土的抗压破坏形态均属于黏结面破坏形式。     

大掺量粉煤灰HPC高温下抗爆裂性及改善措施

针对工程中高性能混凝土(HPC)易爆裂问题,对100 mm×100 mm×100 mm和100 mm×100 mm×300 mm不同尺寸的HPC试件在20～650℃范围内进行抗爆裂性能对比研究.以普通混凝土为基准混凝土,考虑粉煤灰掺量和纤维、硅灰掺加对抗爆裂的影响,粉煤灰掺量分别为30%,40%和50%,胶凝材料中分别考虑不掺、单掺和复合掺加聚丙烯纤维和硅灰.试验结果表明,掺加聚丙烯纤维能够有效防止大掺量粉煤灰混凝土爆裂问题,但加入硅灰对其抗爆性能影响不大.借助SEM微观测试技术分析高温前后试件内部微观形貌结构,从本质上揭示高掺量粉煤灰混凝土易爆裂以及聚丙烯纤维改善大掺量粉煤灰HPC抗爆裂性能的机理.     

生态多孔混凝土抗草酸侵蚀试验

预制了不同粉煤灰及矿渣掺量的7组生态多孔混凝土试件,研究了7组试件经p H值恒为2.0及3.0的草酸溶液侵蚀后,其强度和质量的变化。试验结果表明:生态多孔混凝土经草酸侵蚀后,强度和质量明显下降,且侵蚀时间越长,强度和质量的下降量越大;随着矿物掺合料掺量的增加,混凝土强度逐渐降低,但掺矿物掺合料对改善生态多孔混凝土的抗草酸侵蚀效果不明显;当矿物掺合料掺量相同时,经草酸侵蚀后,掺粉煤灰混凝土的强度较掺矿渣的强度降低量小,因此,掺粉煤灰混凝土的抗草酸侵蚀性能好于掺矿渣混凝土。     

矿物掺合料对硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系凝结时间及强度的影响

目的研究硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复掺后的凝结时间及力学性能.方法分别测试不同硅酸盐水泥、矿物掺合料掺量下硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系的凝结时间及胶砂强度,并利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜进行矿物组成和结构分析.结果硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系的凝结时间随硅酸盐水泥掺量的增大先减小再增大,随掺合料掺量的增大先减小再增大.硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系的强度随着硅酸盐水泥的增加先减小后增大,硅酸盐水泥掺量为10%时,3d抗压强度减小10.67%;随着掺合料的增大而降低,掺合料掺量为40%时,矿粉、粉煤灰3 d抗压强度分别减小44.5%和47.9%.结论两种水泥复掺会缩短凝结时间,降低强度,水化产物减少,结构疏松;粉煤灰和矿粉的掺入会延长凝结时间,减小强度,水化产物减少.     

矿物掺合料对低水胶比混凝土干缩和自收缩的影响

研究了粉煤灰(0%、10%、30%、50%)、矿粉(0%、10%、30%、50%)以及硅灰(0%、10%、20%)对水胶比为0.24的低水胶比混凝土干缩和自收缩性能的影响规律,并采用双曲线函数的收缩表达式对试验结果进行拟合,定量化地揭示了矿物掺合料对收缩随时间发展趋势的影响,分析了干缩与自收缩的关系.结果表明:粉煤灰有利于减少低水胶比混凝土的干缩,矿粉次之,硅灰略增大混凝土的干缩;粉煤灰有利于减少低水胶比混凝土的自收缩值,矿粉增大了自收缩,硅灰非常明显地增大混凝土自收缩;低水胶比混凝土的自收缩在所测试的干缩中占有很大的比重,而且随着粉煤灰、矿粉和硅灰掺量的增加所占的比重均逐渐增大.     

掺复合胶凝材料混凝土的抗氯离子侵蚀性能

研究了矿粉、粉煤灰、硅灰等矿物外加剂对海工混凝土性能的影响,通过试验测定了掺复合胶凝材料的海工混凝土的电通量、氯离子表观扩散系数的变化规律,并对这种混凝土进行了恒电压钢筋锈蚀的试验,研究了矿物外加剂掺量与混凝土抗氯离子侵蚀性能的关系.研究结果表明,在硅酸盐水泥中掺加矿粉、粉煤灰、硅灰等矿物外加剂可以改善海工混凝土的综合性能.矿物外加剂的复合掺入比单独掺入对混凝土抗氯离子侵蚀性能的改善具有更加良好的效果.海工混凝土配制时应尽可能地采用复合多种矿物外加剂.     

高寒山区C40机制砂混凝土耐久性能

针对高寒山区环境下,用于工程建筑的机制砂混凝土极易发生冻融破坏和腐蚀破坏的现象,引入高性能矿物掺合料对其耐久性能进行改性,分别研究了粉煤灰和矿渣微粉两种矿物掺合料在单掺和复掺条件下对C40机制砂混凝土抗冻及抗渗性能的影响,并结合其界面区形貌和孔结构进行了微观机理分析.研究结果表明:粉煤灰与矿渣微粉复掺能够显著提升C40机制砂混凝土的耐久性能,两者复掺对C40机制砂混凝土耐久性能的改善提升作用要优于两者单掺;以质量分数为21%粉煤灰与质量分数为9%矿渣微粉复掺时,C40机制砂混凝土的早期抗冻、抗渗性能显著提高,后期抗冻、抗渗性能得到了大幅度提升,界面区形貌和孔结构得到显著改善.     

双掺技术在尾矿砂加气混凝土中的应用

目的复掺减水剂、稳泡剂改善尾矿砂加气混凝土孔结构;复掺矿渣、偏高岭土、粉煤灰提高尾矿砂加气混凝土孔间壁密实度,解决其吸水率高,抗压强度偏低,抗冻性偏差的问题.方法制备B06级尾矿砂加气混凝土试件,测试加气混凝土试块的干密度、抗压强度、质量吸水率以及抗冻性能.结果减水剂掺量为0. 14%,稳泡剂为铝粉掺量的20%时,质量吸水率下降到57%,抗压强度4. 68 MPa;复掺外加剂与各种矿物掺合料可以使抗压强度提高到5. 76 MPa,吸水率降低到50%.结论双掺技术可以有效提高加气混凝土的抗压强度,降低吸水率,同时满足寒冷地区冻融50次的要求,冻融循环后达到B06优等品(A)的冻融标准.     

BP神经网络预测混凝土抗渗性能的研究

综合考虑了双掺矿物、掺合料混凝土抗渗性能的各种影响因素，选取了双掺矿粉、粉煤灰混凝土配料中7个主要因素作为输入量，混凝土28d抗渗系数为输出量，建立了混凝土抗渗性能预测的BP网络模型，进而对双掺矿粉、粉煤灰混凝土配合比抗渗性能试验数据进行分析．结果表明此模型的可靠度高，可用于混凝土渗透性的虚拟化设计．     

高温地下工程混凝土力学性能试验研究

课题通过混凝土基本物理力学性能实验,分析高温地热环境下衬砌混凝土力学性能的影响因素。在混凝土力学性能实验中,分别以温度变化、减水剂、粉煤灰和矿粉的使用情况为变量,得出在70℃高温环境下,添加0.8%减水剂、单掺20%粉煤灰的混凝土力学性能最优的结论。最后从外加剂和掺合料使用方面提出改进混凝土力学性能的方案。     

矿物掺合料和再生骨料对再生混凝土工作性的影响

实验利用废弃混凝土制作再生骨料混凝土,并分析了再生骨料的种类、取代率、粉煤灰、矿粉等矿物掺合料的掺量等因素对再生混凝土工作性的影响.结果表明:颗粒整形再生粗骨料混凝土的用水量接近于天然骨料混凝土;颗粒整形再生细骨料混凝土的用水量高于天然骨料混凝土;粉煤灰、普通矿粉、超细矿粉、硅灰等矿物掺合料能明显改善混凝土的坍落度、和易性;颗粒整形再生粗、细骨料的各项性能指标已经接近天然碎石.     

地铁工程中高性能混凝土耐久性综合评估

针对南京地铁主体工程C30泵送混凝土,从设计强度、工作性、经济性、抗裂防渗性能及耐久性能等4个方面制定了混凝土性能综合评定指标;通过各试验配比混凝土性能检测结果,对南京地铁主体工程C30高性能泵送混凝土进行了综合评估,并推荐工程施工配合比为双掺粉煤灰加矿渣微粉混凝土,活性掺合料掺量为46%~56%,粉煤灰占活性掺合料总量的比例为34%~50%;或为单掺粉煤灰混凝土,粉煤灰掺量为25%~30%,保证了南京地铁工程钢筋混凝土100年耐久性目标的实现.     

双掺高性能混凝土力学性能实验研究

研究了复掺粉煤灰与矿粉对高性能混凝土力学性能的影响,结果表明：粉煤灰与矿粉比例为2：1、掺量为20%～30%时可以有效提高高强混凝土的力学性能。在此条件下相比于基准混凝土,7d抗压强度提高14.7%,抗折强度提高10.2%,静弹性模量提高9.9%;28d抗压强度提高19.2%,抗折强度提高5.3%,静弹性模量提高7.4%。采用压汞仪测量不同胶凝材料体系的孔隙率,分析了复掺粉煤灰和矿粉对高强混凝土力学性能的影响机理,认为不同胶凝材料的相互填充效应是主要影响因素。     

矿物掺和料对高性能再生混凝土力学性能的影响

采用公路拆除后废弃混凝土生产再生粗骨料并测试其性能指标,用70%再生粗骨料取代率和净浆裹石法配制高性能再生混凝土.以矿物掺和料品种、掺量为影响因素,开展高性能再生混凝土力学性能试验研究.试验结果表明,高性能再生混凝土的流动性能随着单掺粉煤灰或复掺粉煤灰与矿渣掺量的增大而变好,但其弹性模量、抗压强度降低.结合试验成果和课题组此前试验数据,拟合出适用于高性能再生混凝土弹性模量的计算模型.